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沸石的离子交换性质

发布时间:2018-04-12     浏览次数:1877

 


沸石的一个重要的性能是可以进行可逆的阳离子交换,通过这种交换,又改进了沸石的吸附和催化性能,从而使沸石获得了更广泛的应用沸石的离子交换一般是在水溶液中进行的,其反应可用下式表示:

Na(z)+M(l)→M(z)+Na(l

式中,z表示沸石相,l表示溶液相,是溶液中取代沸石钠离子的交换离子。常见的天然沸石,如斜发沸石和丝光沸石等都具有很高的阳离子交换容量。

斜发沸石的理论交换容量为213mmol/100g,丝光沸石的理论交换容量为223mmol/100g

而片沸石的离子交换性能不如斜发沸石和丝光沸石。
有人曾利用竞争阳离子对丝光沸石岩铵容量的影响进行碱金属和碱土金属阳离
子交换顺序的研究。研究结果表明碱金属交换顺序为:Cs+>Rb+>K+>Na
Li。碱土金属为:Ba2+>Sr2t>Ca2+>Mg2+。

斜发沸石的选择交换顺序为:Cs+>Rb+>K+>NH4>Pb2+>Agt>Ba2+
Na+>Sr2+>Ca2+>Li+>Cd+>Cu+>Zn2+斜发沸石内部各阳离子与溶液中的NHI4发生交换的顺序为:Ca2+>NNH4>K+,即Ca2+最容易与溶液中的NH+发生交换。

沸石的离子交换性能,主要与沸石结构中的硅铝比的高低,沸石孔穴的大小,
阳离子位置的性质有关。

沸石中的阳离子完全是由于沸石中部分硅被铝置换后,产生不平衡电荷而进入其中的。硅铝比高,则铝替代硅少,[AlO4]四面体所形成的负电荷较小,格架电荷也较低。为平衡这些电荷而进入沸石中的阳离子也少,因此影响离子交换。

如X型和Y型分子筛,具有相同的晶体结构和阳离子位置,但它们的硅铝比(SiO3/Al2O3)不同,前者为2.1~3.0,后者为3.1~6.0,所以阳离子数目也不同,单位晶胞中Ⅹ型含86个Na+,而Y型只含56个Na+,因此离子交换性能也有差异,X型分子筛进行离子交换比较容易,而Y型分子筛则比较难。

沸石孔穴的大小,直接影响离子交换的进行。如A型分子筛主要孔道直径约
为4.2A,因此凡直径大小小于4.2A的阳离子都可以取代Na+。如碱金属K+,Rb,Lit,Cs+;碱土金属Ca2+,Sr2+,Ba2+以及Ag+直径都小于4.2A,故都可交换Na+。。

 

沸石中的钠离子都以相对固定的位置分布于沸石晶格结构中在不同位置上的钠离子不但能量不同其空间位阻也不同。

在沸石的离子交换过程中,常采用离子交换度(即交换下来的钠离子量占原有钠离子量的百分数)、离子交换容量(即每 100 克沸石中交换的阳离子毫克当量数)和交换效率(溶液中的阳离子交换到沸石上的重量百分数)来表示溶液中的阳离子被利用的效率。

离子交换过程中有时要达到较高的交换度可以利用间歇式多次交换法或连续交换法大量研究表明离子交换和高温焙烧交替进行可以明显提高交换度和交换效率。

沸石离子交换性

 

所用的阳离子是否可将沸石中的钠离子交换下来主要取决于交换阳离子的性质(电荷、离子半径等)和沸石的晶格结构
取决于二者的内因。但当改变外部条件时如溶液的温度、浓度、pH 值和阴离子类型等都会对交换过程的进行产生一定的影响。

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